Экспрессия генов репарации ДНК у работников производства свинца из вторичного сырья

Условия труда на предприятиях по производству свинца, где в воздухе рабочей зоны присутствует большое количество вредных химических веществ, среди которых ведущим фактором риска является свинец, оказывают негативное влияние на здоровье рабочих. Данный ксенобиотик нарушает многочисленные биохимические процессы и влияет на многие системы организма. Особый интерес представляет понимание действия свинца на молекулярном уровне, так как помимо общих механизмов повреждений молекул и ультраструктур через окислительный стресс, свинец способен связываться с большой бороздкой ДНК. Изменение уровня экспрессии генов в ответ на токсическое воздействие рассматривается как один из биомаркеров эффекта и может служить для разработки мероприятий по ранней диагностике нарушений здоровья у экспонированных групп населения, в том числе работающего во вредных условиях.

Цель исследования — изучить экспрессию генов репарации ДНК у работников производства по переработке свинца из вторичного сырья.

Обследованы стажированные мужчины, работающие на предприятии по производству свинца из вторичного сырья в профессии плавильщика (n=65) отделения рафинирования, плавильщика (n=11) отделения чернового свинца, сушильщика (n=10) отделения чернового свинца. В группу сравнения вошли мужчины (n=20), работающие на этом же предприятии и не имеющие контакта с вредными факторами производства.

Амплификацию исследуемых генов (ATM, CDKN1A и MDM) проводили в режиме реального времени с использованием амплификатора QuantStudio 3 (Thermo Fisher Scientific, США).

Было обнаружено, что уровень экспрессии гена ATM статистически значимо отличался у всех трёх исследуемых групп от группы сравнения. Экспрессия гена CDKN1A увеличивалась по сравнению с группой сравнения лишь у плавильщиков отделения рафинирования. Также экспрессия данного гена была увеличена у плавильщиков отделения рафинирования по сравнению с плавильщиками отделения чернового свинца.

В данном исследовании продемонстрировано повышение уровня экспрессии CDKN1A у плавильщиков отделения рафинирования, что возможно является адаптационным механизмом системы репарации. Также у всех экспонированных групп было обнаружено снижение уровня экспрессии гена ATM, важного для поддержания клеточного гомеостаза. Дальнейшие исследования механизмов влияния свинца на экспрессию этих двух генов на экспериментальных моделях позволят использовать уровни экспрессии в качестве ранних биомаркеров эффекта как общего воздействия Pb (ген ATM), так и дозозависимого (ген CDKN1A).

Ограничения исследования. В данном исследовании не определялась этническая принадлежность.

Этика. Исследования были проведены в соответствии этическим принципам, изложенными в Хельсинкской декларации всемирной медицинской ассоциации и одобрены локальным этическим комитетом ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора (протокол № 1 от 26.02.2021 г.).

Участие авторов:
Шаихова Д.Р. — концепция и дизайн исследования, сбор материала и обработка данных, написание текста;
Кикоть А.М. — концепция и дизайн исследования, сбор материала и обработка данных, написание текста;
Берёза И.А. — концепция и дизайн исследования, сбор материала и обработка данных, написание текста;
Сутункова М.П. — концепция и дизайн исследования, редактирование;
Брагина И.В. — концепция и дизайн исследования, редактирование;
Гурвич В.Б. — концепция и дизайн исследования, редактирование.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов.

Дата поступления: 20.08.2024 / Дата принятия к печати: 12.09.2024 / Дата публикации: 10.10.2024

1. Иващенко М.А., Федорук А.А., Мартин С.В., Кудряшов И.Н. Гигиеническая оценка условий труда плавильщиков при получении свинца из вторичного сырья. Проблемы гигиенической безопасности и профилактики нарушений трудоспособности у работающих: Материалы Всероссийской научно-практической интернет-конференции, Нижний Новгород, 24–25 ноября 2021 года. Под редакцией И.А. Умнягиной. Нижний Новгород: Медиаль, 2021: 96–102.

2. Гомзикова Е.А., Шеломенцев И.Г. Анализ осевшей пыли методом рентгенфлуоресцентного анализа (РФА) для экспрессной идентификации элементного состава аэрозолей рабочей зоны. Практические аспекты социально-гигиенического мониторинга и управления риском здоровью населения: Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, г. Екатеринбург, 5–6 октября 2023 года. Под ред. А.Ю. Поповой. Екатеринбург: ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора; 2023: 56–57.

3. Giel-Pietraszuk M., Hybza K., Chełchowska M., Barciszewski J. Mechanisms of lead toxicity. Adv. Cell Biol. 2012; 39: 17–248.

4. Flora G., Gupta D., Tiwari A. Toxicity of lead: A review with recent updates. Interdiscip. Toxicol. 2012; 5(2): 47–58. https://doi.org/10.2478/v10102-012-0009-2

5. Shilpa O., Anupama K.P., Antony A., Gurushankara H.P. Lead (Pb) induced oxidative stress as a mechanism to cause neurotoxicity in Drosophila melanogaster. Toxicology. 2021; 462: 152959. https://doi.org/10.1016/j.tox.2021.152959

6. Besson A., Dowdy S.F., Roberts J.M. CDK Inhibitors: Cell cycle regulators and beyond. Dev. Cell. 2008; 14(2): 159–169. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2008.01.013

7. Ullah Z., Lee C.Y., DePamphilis M.L. Cip/Kip cyclin-dependent protein kinase inhibitors and the road to polyploidy. Cell Div. 2009; 4: 10. https://doi.org/10.1186/1747-1028-4-10

8. Yang B., Li X. Unveiling the mechanisms of bone marrow toxicity induced by lead acetate exposure. Biol. Trace Elem. Res. 2024; 202(3): 1041–1066. https://doi.org/10.1007/s12011-023-03733-w

9. Guo Q.Q., Wang S.S., Zhang S.S., Xu H.D., Li X.M., Guan Y., et al. ATM-CHK2-Beclin 1 axis promotes autophagy to maintain ROS homeostasis under oxidative stress. EMBO J. 2020; 39(10): 103111. https://doi.org/10.15252/embj.2019103111

10. Gu X.Y., Qi Y.M., Feng Z.X., Ma L., Gao K., Zhang Y.M. Lead (Pb) induced ATM-dependent mitophagy via PINK1/Parkin pathway. Toxicol. Lett. 2018; 291: 92–100. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2018.04.012

11. Zhang J., Tripathi D.N., Jing J., Alexander A., Kim J., Powell R.T. et al. ATM functions at the peroxisome to induce pexophagy in response to ROS. Nat. Cell Biol. 2015; 17(10): 1259–1269. https://doi.org/10.1038/ncb3230

12. Qi Y., Ma L., Naeem S., Gu X., Chao X., Yuan C., Huang D. Pb induced mitochondrial fission of fibroblast cells via ATM activation. J. Hazard. Mater. 2021; 416: 126177. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126177

13. Hernández-Franco P., Maldonado-Vega M. et al. Role of Ape1 in impaired DNA repair capacity in battery recycling plant workers exposed to lead. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2022; 19(13): 7961. https://doi.org/10.3390/ijerph19137961

14. Hartwig A., Schwerdtle T. Interactions by carcinogenic metal compounds with DNA repair processes: Toxicological implications. Toxicol. Lett. 2002; 127(1–3): 47–54. https://doi.org/10.1016/S0378-4274(01)00482-9

15. Hernández-Franco P., Silva M., Franco R., Valverde M., Rojas E. Lead facilitates foci formation in a Balb/c-3T3 two-step cell transformation model: Role of Ape1 function. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2018; 25: 12150–12158. https://doi.org/10.1007/s11356-018-1396-5